UMA PROPOSTA DE INVESTIGAÇAO PROGRESSIVA PARA MOTIVAÇAO NO PROCESSO DE APRENDIZAGEM EM FISICA

## UMAPROPOSTADE INVESTIGAÇÃO PROGRESSIVAPARAMOTIVAÇÃO NO PROCESSODE APRENDIZAGEM EM FÍSICA

Luciene de Fátima da Silva a [lucienedefatima@terra.com.br] José Roberto Tagliati* b i* b [tagliati@física.ufjf.br] a,b b Universidade Federal de Juiz de Fora

## RESUMO

A A partir de resultados obtidos pela aplicação de atividades a seis estudantes do ensino médio de escolas públicas do município de Juiz de Fora, num Programa de Iniciação Científica Junior desenvolvido na Universidade Federal de Juiz de Fora, desenvolvemos o presente trabalho. O objetivo deste Programa, além da integração de estudantes do ensino básico com a universidade, também visa um início de familiaridade com o processo de investigação científica. Optamos por uma forma de trabalho de investigação progressiva, ou seja, inicialmente foram desenvolvidos propositalmente e de modo aleatório, uma série de experiências, demonstrações, análises fenomenológicas e matemáticas, discussões e debates, em sua maioria ligada a situações do cotidiano, utilizando conhecimentos científicos básicos. À medida que o trabalho evoluía, sentimos a necessidade de aperfeiçoar nossa metodologia de investigação. Assim, buscamos apoio na aplicação do material dos Tutorials in Introductory Physics(TIP) 1 . Os TIP foram desenvolvidos pelo Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da Universidade de Washington, e têm como proposta fazer com que os estudantes passo a passo desenvolvam atitudes de discussão tendo como guia de procedimentos determinadas atividades bem estabelecidas. Claramente detectamos perfis bem distintos, o que nos levou a propor três categorias que nos mostram perfis diferenciados de modos de aprendizagem: a primeira denominada modelo matemático padrão, uma segunda chamada modelo matemático próprio e a última rotulada como descrição do fenômeno . Disso resultou uma proposta de divulgação científica, na qual os estudantes deverão ter atuação destacada, uma vez que eles mesmos serão os protagonistas de um trabalho de atividades experimentais e demonstrações a serem realizadas na seqüência do trabalho, em suas próprias escolas.

1 L.C. McDermott, P. S. Shaffer, Physics Education Group of the Department of Physics, University of Washington, Tutorials in Introductory Physics (Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 1998), Preliminary edition.

## INTRODUÇÃO

O presente trabalho foi desenvolvido a partir da aplicação de atividades a seis estudantes do ensino médio de escolas públicas do município de Juiz de Fora. Estes estudantes, inseridos num Programa de Iniciação Científica a Junior desenvolvido na Universidade Federal de Juiz de Fora, apoiado pela FAPEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa no Estado de Minas Gerais) e CNPq. Os estudantes eram orientados por um professor da universidade e por uma bolsista do curso de licenciatura em Física, que também auxiliava nas orientações e aplicação de atividades. Um dos objetivos deste Programa é a integração de estudantes do ensino básico com a universidade e em particular um início de familiaridade com o processo de investigação científica .

A aplicação de atividades tradicionais, como por exemplo, os roteiros de aulas de laboratório, consideradas como "receita de bolo", ou as aulas expositivas convencionais, de "cuspe e giz", parecem não serem as melhores estratégias para uma compreensão cieientífica satisfatória, não atingindo resultados pedagógicos satisfatórios. Dessa forma, pensamos em desenvolver situações de discussão científica, utilizando conteúdos da física, que levassem os estudantes a discutirem e apreenderem ciência de uma forma ma is efetiva.

Nos primeiros encontros com os bolsistas, foram desenvolvidos propositalmente e de modo aleatório, uma série de experiências, demonstrações, análises fenomenológicas e matemáticas, discussões e debates, em sua maioria ligada a situações do cotidiano, utilizando conhecimentos científicos básicos. Estas atividades iniciais tinham como propósito levantar questões que poderiam nos auxiliar na busca de uma metodologia mais favorável a um pretenso melhor dialogismo científico. Utilizamos estes procedimentos iniciais com a expectativa de que os estudantes pudessem adquirir rotina de trabalho e desembaraço na interpretação e análise de aspectos da investigação científica.

Uma das motivações para a proposição para este trabalho de iniciação científica junior foi a de que nos cursos de Física Básica na Universidade Federal de Juiz de Fora(UFJF), pudemos verificar que nossos estudantes recém-m-ingressos no curso superior, mesmo tendo sido aprovados no concurso vestibular, apresentam grande dificuldade para pensarem, discutirem e avaliarem de forma mais crítica e consciente as questões científicas.

Na tentativa de tornar os cursos de Física Básica da universidade mais produtivos, o Departamento de Física da UFJF em 2001 iniciou a utilização no curso de Físicica I dos Tutorials in Introductory Physics(TIP), elaboradas pelo grupo de pesquisa em ensino de Física da Universidade de Washington, para abordar os pré-conceitos mais comuns[1]. Tipicamente, um tutorial apresenta uma seqüência de questões que levam o grupupo a confrontar questões conceituais, muitas vezes seguindo uma dinâmica similar a um diálogo socrático[2].

Para investigar as concepções de estudantes do ensino médio, optamos também por aplicar em determinado momento do Programa os TIP a estudantes deste te nível e assim buscar novos modos de percepção de como os conteúdos científicos podem ser apreendidos e interpretados.

## DESCRIÇÃO DO TRABALHO

Os tópicos aleatórios trabalhados inicialmente, por meio de demonstrações, experiências, etc., envolveram contnteúdos como propagação de calor, atrito, força, oscilações num pêndulo simples, estados físicos da água, elasticidade de molas e dinamômetros, conservação de energia, pressão e empuxo.

A cada semana ou seqüência de semanas um desses conteúdos era trabalhado, fazendo-se necessário intervenções constantes dos orientadores para que os estudantes não tratassem as atividades como simples verificação da teoria. Trabalhou-u-se sempre com dois grupos de três estudantes cada, alternando os participantes nos grupos, depependendo da evolução das atividades.

Após buscarmos na literatura algumas propostas sugeridas por educadores e pesquisadores em educação e em ensino de ciências, que não citaremos aqui por não se tratar de objeto específico deste trabalho, optamos por buscar subsídios na metodologia dos Tutorials in Introductory Physics[3].

Entre os vários conteúdos tratados nos tutoriais, selecionamos a seção sobre Eletrostática, e em particular a "Lei de Coulomb". Utilizando fitas adesivas (do tipo durex e similares), bastão de material plástico e pedacinhos de papel, os estudantes eram conduzidos a seguir uma seqüência prédeterminada nos textos do tutorial de eletrostática.

Os estudantes foram passo a passo desenvolvendo as atividades sugeridas no tutorial. Adotamos umuma metodologia diferenciada para nosso trabalho; na nossa investigação não haveria aulas expositivas, como acontece nas aulas de Física Básica dos cursos de graduação da universidade. Assim, os tutoriais passavam a ser discutidos diretamente, sem aulas expositivas, sempre sob a observação dos instrutores. Os estudantes eram orientados a discutirem entre si, e também incentivados a exporem suas concepções para os instrutores, que aí então participavam da discussão desenvolvendo um discurso socrático[2].

À medida que as discussões iam evoluindo, o grupo de instrutores ia percebendo a necessidade de interpretar de modo mais profundo as concepções, as falas, as conclusões e as descobertas dos estudantes.

Tornouuse imperioso a busca de uma referência teórica que nos permitisse buscar entender verdadeiramente o processo de aprendizagem que estava acontecendo.

Entre algumas teorias de apoio pedagógico, percebemos logo a importância de buscar apoio em alguma que favorecesse a prática da discussão científica, o modo de interação entre os atores da discussão e a interpretação dos códigos próprios da linguagem científica. Analisando as idéias dos russos Vygotsky e Bakhtin, julgamos que suas teorias poderiam nos auxiliar na interpretação dos resultados deste trabalho.

## RESULTADOS OBTIDOS

A realização da série inicial de atividades, consideradas "padrão" no contexto de ensino nos currículos escolares, nos fez observar nestes estudantes uma razoável dificuldade em perceber o verdadeiro sigignificado de muitos conceitos científicos trabalhados. Um satisfatório entendimento e domínio de tais conteúdos tratados dificilmente eram constatados.

A aplicação de uma metodologia científica mais criteriosa, quando do manuseio de equipamentos didáticos científicos causou uma melhoria nos procedimentos dos estudantes. Observouuse assim uma razoável progressão na relação entre os estudantes, no sentido de analisarem com mais critério as relações entre as experimentações e os conceitos envolvidos. As ativididades experimentais deixaram de ser simples verificação da teoria, passando a ser tratadas como uma verdadeira rotina de investigação científica. Pudemos avaliar que os conteúdos estavam sendo incorporados naturalmente, de forma gradativa, nos fazendo perceber a possibilidade de aprendizagem sem a necessidade de instrumentos de cobrança tradicionais.

Esse quadro evoluiu para a necessidade de se buscar um instrumento mais eficaz para melhor entender a evolução das concepções científicas concebidas até então.

Assim, iniciamos o trabalho de aplicação dos tutoriais[3], cuja seqüência de procedimentos, ao invés de "depositar" conhecimentos na cabeça dos estudantes, desafia sua criatividade e imaginação ao manipular determinados "instrumentos", e assim leva ao trtratamento com mais lucidez e significação de algumas questões científicas.

Inicialmente as interações elétricas foram investigadas nos processos de eletrização por indução e atrito, onde se começava a perceber a existência de uma certa "força" elétrica entntre canudos, bastões, fitas adesivas, pedacinhos de papel, etc. Os estudantes percebiam que talvez alguma coisa estivesse se transferindo entre os artefatos; mas o que seria isso? Aqui a idéia de carga elétrica, por ser algo muito abstrato, não é trivial apaparecer. No entanto, os efeitos da carga elétrica gerando atrações e repulsões, despertavam curiosidade. Esse parecia o momento ideal para se desenvolver a expressão da força entre cargas - a lei de Coulomb.

Uma dificuldade encontrada que despertou nossa atenção foi a interpretação do texto da lei de Coulomb, na tradução para o português do tutorial: "a lei de Coulomb diz que a força elétrica entre duas cargas pontuais atua ao longo da linha de conexão entre os dois pontos" ............ "a magnitude da força em uma das cargas é proporcional ao produto das cargas e é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas". Na primeira citação a linha de conexão entre os dois pontos, induziu os estudantes a representarem a força entre as cargas apenanas dentro do seguimento de reta entre elas. Isso denota a importância da correta utilização da linguagem[4].

Na segunda citação o termo magnitude parecia gerar certa dificuldade de interpretação, desviando o verdadeiro propósito da tarefa que era entender o fenômeno, e não se prender apenas a termos ortográficos.

A expressão matemática da lei de Coulomb foi representada de modo original por um estudante, que representou a força elétrica por "m" (de mamagnitude) e as cargas elétricas por "c" (de cargas), mostrtrando que é possível se trabalhar com um "código próprio"; isto mostra a importância de serem bem acordados os "signos" utilizados pela ciência.

Percebemos logo a necessidade de iniciar um processo de discussão que levasse a uma linguagem comum no tratamento dos fenômenos estudados. Passamos a investigar um modelo para essa discussão e achamos em Vygotsky uma resposta para o desenvolvimento destes debates, na sua definição de "mediação". No processo de "mediar", o instrutor passa a intervir na relação, levando o educando a um certo desequilíbrio de sua zona de desenvolvimento real para sua zona de desenvolvimento potencial, ou seja, fazendo agir sua zona de desenvolvimento proximal[5].

Na determinação da força resultante sobre uma carga ga elétrica, devido a ação de outras cargas, os estudantes perceberam que se deveria utilizar alguma ferramenta matemática mais abrangente; é como se houvesse a necessidade natural de um "desenho" destas forças. Então a idéia de vetores foi surgindo como uma saída para se poder bem representar as características das interações entre as cargas elétricas. Desenvolveu-u-se uma rica troca de informações, onde o conceito de vetores e sua utilização nesse caso foram bem compreendidos.

Com a evolução das discussões fomos percebendo uma espécie de diferença de modos de aprendizagem, já que cada estudante se manifestava de maneira singular. Isso nos levou a pensar em aplicar um instrumento que nos permitisse análises mais abrangentes quanto a modos de avaliar a apreensão, a compreensão, a interpretação e até a aplicabilidade dos conteúdos trabalhados.

Com a aplicação da metodologia proposta nos Tutorials in Introductory Physics, tínhamos a pretensão de mostrar que as idéias da lei de Coulomb poderiam vir a ser mais bem compreendidas pelos estudantes. Talvez porque a metodologia sugerida pelos tutoriais permitisse mais diálogo, mais reflexão e mais tempo de trabalho abordando um determinado tema.

Num dos encontros semanais, disponibilizamos duas situações que deveriam ser trabalhadas individualmente, e que poderiam nos fornecer dados para analisarmos o grau de entendimento, ou concepção, das formas de apresentação até então tratadas, utilizando como conteúdo científico elementos da lei de Coulomb.

Uma das situações envolvia um tratamento exclusivamente matemático, e a outra relacionada com idéias puramente conceituais.

A concepção esboçada pelos estudantes na análise dessas situações nos permitiu observar a importância de se buscar uma certa pluralidade de métodos de ensino que podem conduzir a uma aprendizagem significativa. Com relação ao conteúdo especificamente tratado nas duas situações, todos os estudantes perceberam com clareza a aplicação e fundamentação da lei de Coulomb, mostrando um bom entendimento sobre sua essência.

Algumas características interessantes nas concepções esboçadas pelos estudantes chamaram nossa atenção. Percebemos que havia maneiras muito próprias destes expressarem suas formas de pensamento. Claramente detectamos perfis bem característicos e distintos, o que nos levou a propor uma "categorização" que pudesse sugerir a existência de variadas maneiras de conceber, pensar e interpretar situações e fenômenos . Sugerimos assim a classificação de três categorias levando em conta a análise dos dados disponíveis.

Abaixo esboçamos nossa proposta de categorização:

No que denominamos de categoria 1, um estudante utilizou o que rotulamomos um modelo matemático padrão, ao operar com a expressão matemática da lei de Coulomb dentro dos procedimentos normalmente exibidos na sala de aula. Numa categoria 2, exibida por dois estudantes, estes utilizaram o que denominamos de modelo matemático próprio, quando de certa maneira inventaram e operaram com uma fórmula própria e valores numéricos simulados. A categoria 3, 3, que chamamos de descrição do fenômeno, mostra uma maneira bastante detalhada, porém praticamente sem simbologia matemática, das interprpretações, das relações matemáticas e da compreensão do que o instrumento solicitava.

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## CONSIDERAÇÕES FINAIS

A aprendizagem científica exige dedicação devido à sua linguagem e codificação própria. É comum que estudantes do ensino básico demonstrem acentuauada aversão às disciplinas cujo perfil exija o domínio de conhecimentos matemáticos ou de símbolos mais particulares. No início deste trabalho percebemos um certo receio dos estudantes ao serem informados que iriam trabalhar com atividades envolvendo a Física. Dois deles, em particular, despertaram nossa atenção; enquanto o primeiro se mostrava calado, sempre de cabeça baixa, recatado, muito tímido, evitando discussão com os outros, o segundo era muito falante, mas sempre evitando discutir a essência das observações dos fenômenos abordados nas atividades.

Na primeira seqüência de experimentos percebemos logo que seria necessário algo que levasse os estudantes a interagirem mais entre si e com os experimentos. Embora já tivéssemos observado algum progresso na na relação de discussão científica entre os estudantes, julgamos que seria necessário um maior aprofundamento nas discussões, e isso talvez pudesse ser alcançado na utilização de um instrumento mais adequado. Dessa forma, com a aplicação dos TIP, o grupo começou a se mostrar de uma forma mais interativa, e daí pra frente o comportamento de alguns deles apresentou sensível mudança. As discussões fluíam com mais leveza, e progressivamente percebíamos que a utilização dos critérios científicos tornavam mais proveitosas as análises das observações dos fenômenos abordados.

Os dois estudantes que no início mostravam certa dificuldade de integração modificaram radicalmente sua postura, contribuindo mais eficazmente para o trabalho como um todo. Aquele que se mostrava va calado e apático inicialmente, nos surpreendeu enormemente, quando de repente chegou a tomar o giz de um colega, foi para o quadro-negro, e começou a explicar o conteúdo que estava sendo estudado, mostrando agora um comportamento completamente diferente daquele demonstrado anteriormente. Por outro lado, o outro estudante falante, mas sem fundamentação acadêmica, também alterou surpreendentemente sua maneira de se portar no grupo, percebendo que poderia "ficar pra trás", demonstrando uma tentativa de recuperar o tempo perdido.

A partir dessas percepções, os estudantes passaram a trabalhar de forma mais coesa e harmônica, possibilitando novas investidas no sentido de agora, não só se preocupar em aprender, mas principalmente em repassar o conhecimento. Disso resultou uma proposta de divulgação científica, na qual os estudantes deverão ter atuação destacada, uma vez que eles mesmos serão os protagonistas de um trabalho de atividades experimentais e demonstrações a ser realizado em suas próprias escolas.

Considideramos assim, que nossa proposta metodológica mostrou-u-se bastante motivadora em função de como os estudantes evoluíram na sua concepção científica. Notamos que eles incorporaram o desejo de não só aprender os conteúdos científicos, mas principalmente observá-los,

discutiilos, vivenciá -los, levando -os a perceberem a plenitude e importância da ciência em nossas vidas.

Aplicando as atividades nas escolas do modo que descrevemos, e, portanto envolvendo mais estudantes, pretendemos em trabalhos posteriores investigar mais minuciosamente nossa proposta para podermos avaliar de maneira mais abrangente e confiável o impacto de sua aplicação a estudantes do ensino básico.

## REFERÊNCIAS

- [1] J. Acácio de Barros, J. Remold, Glauco S.F. da Silva e J.R. Tagliati, E Engajamento Interativo no
- Curso de Física I da UFJF, F, Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 26, n.1, p.63-69(2004). [2] A.B. Arons, A A Guide to Introductory Physics Teaching g (John Wiley & Sons, New York and
- Toronto, 1990).
- [3] L.C. McDermott, P. S. Shaffer, Physics Education Group of the Department of Physics, University of Washington, Tutorials in Introductory Physics (Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 1998), Preliminary edition.
- [4] M. V. Bakhtin, M Marxismo e Filosofia da Linguagem - - São Paulo: : Hucitec, 1988.
- [5] L. S. VYGOTSKY, P Pensamento e Linguagem. São Paulo: Martins Fontes. 1987.